最近我目睹了一个外部 IBM laptor 电源,它看起来像一个普通的开关模式电源砖(相当小巧轻便,功率超过 50 瓦),但在塑料外壳中具有三线电缆(相位 + 中性线 + 地线)本身和电源。
看到与塑料外壳开关模式电源一起使用的三线电缆相当罕见。通常要么是金属外壳,电缆是三根线,要么是塑料外壳,电缆是两根线。
看起来开关模式电源确实具有电流分离。该装置还具有绝缘塑料外壳,因此如果有任何短路,电源相线不可能在外壳的外表面上感应电压。
带绝缘塑料外壳的开关模式电源中的接地电缆是什么原因?
最近我目睹了一个外部 IBM laptor 电源,它看起来像一个普通的开关模式电源砖(相当小巧轻便,功率超过 50 瓦),但在塑料外壳中具有三线电缆(相位 + 中性线 + 地线)本身和电源。
看到与塑料外壳开关模式电源一起使用的三线电缆相当罕见。通常要么是金属外壳,电缆是三根线,要么是塑料外壳,电缆是两根线。
看起来开关模式电源确实具有电流分离。该装置还具有绝缘塑料外壳,因此如果有任何短路,电源相线不可能在外壳的外表面上感应电压。
带绝缘塑料外壳的开关模式电源中的接地电缆是什么原因?
以下是 AC/DC 电源 EMI 滤波器的典型示意图。
您可以看到 X 电容器(线路和中性线之间)加上共模电感器的漏电感提供了差分噪声抑制,而 CM 扼流圈电感与 Y 电容器组合提供了共模噪声抑制。
如果输出回路直接接地,我也不会感到惊讶。
开关模式电源使用所谓的“反激式转换器”来提供电压转换和电流隔离。该转换器的核心部件是高频变压器。
实际的变压器在初级和次级绕组之间有一些杂散电容。该电容与转换器的开关操作相互作用。如果输入和输出之间没有其他连接,这将导致输出和输入之间出现高频电压。
从 EMC 的角度来看,这真的很糟糕。电源砖的电缆现在基本上充当天线,传输由开关过程产生的高频。
为了抑制高频共模,需要在电源的输入端和输出端之间放置一个电容,其电容远高于反激变压器中的电容。这有效地使高频短路并防止其从设备中逸出。
在设计 2 类(未接地)PSU 时,我们别无选择,只能将这些电容器连接到“带电”和/或“中性”输入。由于世界上大多数地方都没有强制接地插座的极性,我们必须假设“带电”和“中性”端子中的一个或两个可能相对于大地处于显着电压,我们通常最终得到对称设计“最不坏的选择”。这就是为什么如果您使用高阻抗表测量 2 类 PSU 相对于电源接地的输出,您通常会看到大约一半的电源电压。
这意味着在 2 类 PSU 上,我们在安全性和 EMC 之间进行了艰难的权衡。使电容器更大可以改善 EMC,但也会导致更高的“接触电流”(流经接触 PSU 输出和电源接地的某人或某物的电流)。随着 PSU 变大(因此变压器中的杂散电容变大),这种权衡变得更加成问题。
在 1 类(接地)PSU 上,我们可以使用电源接地作为输入和输出之间的屏障,方法是通过将输出连接到电源接地(在台式 PSU 中很常见)或使用两个电容器,一个从输出到电源接地一个从电源接地到输入(这是大多数笔记本电脑电源砖所做的)。这避免了接触电流问题,同时仍然提供了控制 EMC 的高频路径。
那么,为什么现在主要信誉良好的供应商的笔记本电脑 PSU 不是 1 级的呢?(当廉价的废话通常仍然不是时)我不确定,但我希望它是两者的结合。
没有示意图很难说。然而,接地线最有可能被 EMI 滤波器使用。在电源输入到电路的其余部分之前,很可能有一个巴伦(共模扼流圈)。这会提高共模信号的阻抗,但如果没有某种负载,它本身不会衰减它们。该负载将是巴伦外侧的两条电源线中的每一条上的接地电容器。
在接触现代电源组的低压输出时,您是否有过“咬”?
这很烦人,并且可能会破坏设备。
原因是问题中描述的系统已经实现但没有正确使用,
应该注意 Madmanguram 的图表和评论。
Madmanguram 提供了一个很好的例证。
注意注释重新输出返回也被接地。有时会这样做,如果是这样,当接地线没有接地时,例如使用 2 线电源线,这将是一场彻底的灾难。
本地接地 = 电容器中心抽头现在处于真正接地的一半电源。即在 230VAC 系统上约为 115 V。整个供应的设备漂浮在地面以上的一半电源处。两个电容通常为 0.001 uF,因此阻抗为 2 个并联电容。
Z~= 2/(2.Pi.fc) 或约 5 兆欧,泄漏电流约为 10 至 20 uA。这听起来并不多,但是当身体接地时触摸 Vout 时会在手指等上产生恼人的“咬伤”——由于电压水平——并且很高兴地为杂散电容充电以有足够的能量来炸毁东西——这肯定会发生。
解决方案是将地线接地..但是
最糟糕的是制造商将中心抽头连接到输出负极,然后不考虑使用接地导体。你得到半电源浮动设备,没有简单的方法来修复它。需要在电源线外部运行或使用接地连接的令人讨厌的结果。